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【考察之旅】第三天:工业4.0的理想国不是乌托邦 探秘智能示范工厂
2015年07月09日 13:57 来源:《中国汽车报》网 作者:胡轶坤
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  2015年6月17日 晴

  古希腊哲学家柏拉图在《理想国》中描述了一个系统的理想国家方案;空想社会主义创始人托马斯·莫尔虚构了一个“没有的好地方”,叫做乌托邦。德国工业4.0核心部门人工智能研究所(DFKI)也勾画了“理想国”,但它不是虚构的,已联合38家企业造出的实体——智能示范工厂(Smart Factory)。

  上午,考察团有幸进入位于凯泽斯劳滕的智能示范工厂内部参观,看如何用运行的生产线诠释工业4.0理念;下午,到达位于小镇沃尔多夫的世界第二大应用软件供应商,也是工业4.0的主要发起机构SAP总部拜访。在这两个地方,我们都看到了实现了信息物理化融合的智能生产线进行示范运行,这向我们证明——工业4.0不是乌托邦,不久就会实现。

    系统工程:38个伙伴共同协力推进工业4.0

  事实上,智能工厂的建立先于工业4.0概念的提出。DFKI在国际科学界具有重要地位,是德国创新软件技术方面的领先机构,也是全球最大的人工智能及运用研究中心。 DFKI 创立了德国计算机研究所以及软件园区、智能数据创新实验室和大众汽车数据实验室。

  现在智能示范工厂的总经理沃夫冈·瓦尔斯特(Wolfgang Wahlster),就是最先在德国提出工业4.0概念的教授之一。据介绍,DFKI于2002年提出了智能居住的概念,2005年建立了智能示范工厂,比工业4.0概念的提出早了6年,在2013年的汉诺威设备展上,智能示范工厂第一次展出了承载着工业4.0理念的设备,也就是我们这次在凯泽斯劳滕看到的智能名片盒制造机。

 

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   位于凯泽斯劳滕的智能示范工厂

 

  智能示范与其说是个“工厂”,不如说是工业4.0的组织、协调、宣传机构。事实上,DFKI与38个伙伴一起工作,其中包括西门子、SAP、巴斯夫、IBM等,这些企业与研究所各有侧重、并肩作战,他们先是一起制定了相关的标准,然后开始研发。现在智能示范工厂除了做技术研究,还与企业一起进行未来竞争优势评估研究、信息咨询以及对外传播工业4.0的理念。

    个性化需求催生第四次工业革命

  智能示范工厂负责人表示,工业4.0就是要借助物联网控制所有系统之间的关系,第四次工业革命正在到来。当前,客户对工业产品的个性化订制需求越来越多,技术更新也更加快速,导致生产成本降低,市场需求也更加国际化了,这都催生了新的商业模式、改变了人的行为。工业4.0就是为了满足这种变化而诞生的,它将使未来的工业生产能够满足个性化产品定制、小批量生产,具备增长的通用性、生产流程的灵活性及数据信息共享性。

  工业4.0包括智能工厂、智能生产和智能物流,以大数据共享为基础,以智能互联互通为特征。记者在凯泽斯劳滕看到,由智能示范工厂研发的工业4.0的设备是智能化、模块化的,具有以下特点:智能的设备,拥有模块化的系统架构,以便迅速、灵活地配置生产线;有标准化的万向插头,适用于供电、压缩空气、工业互联网,具有紧急停止按钮;智能的产品,每一个零部件都通过RFID射频技术,有一个标准化的数据身份证,生产设备对其进行识别,由产品自主控制自己的生产过程;插入技术,在生产过程中可加入新的生产模块,即插即用,不需要中断电源、改装生产设备,高效率改变所生产的产品;具备统一的基础设施(标准插口),使全部的生产模块能无缝集成到总的信息技术报务中心;具有跨厂商的兼容性,通过使用统一的机械的、机电的、信息技术的接口实现,让每个单一模块都有具备专长的制造商来制造。同时,这些设备,具有智能的用户界面,使用者如同使用IPAD一样可以清晰地看到进度,进行控制和操作。因为达到了高度的智能互联、数据共享,因此确保网络安全是工业4.0其中的重中之重。

  据介绍,智能物理系统(CPS)是工业4.0设备的核心。通过CPS传输控制系统,让计算机知道该做什么,让设备知道该如何行动,该把如何将产品传输到下一个设备。CPS具有乐高积木一样的外观,德国的工业4.0标准要求,以后所有工业4.0的设备都要具备CPS,由众多智能设备可以组成智能工厂。

 

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   智能示范工厂门口张贴的部分合作伙伴在工厂里的办公室位置信息

 

  理论总是枯燥的,好在我们在智能示范工厂一间仅有一百多平米的小车间里,亲见了名片盒是怎么由这条小型智能生产线生产出来的。

  一名工作人员拿起一个名片盒的底盘零件,这可不是一般的塑料零件,它上面带着“电子身份证”,里面有它的产品信息以及订货的客户信息,这都是从之前的订单软件系统、生产管理系统等数据库中采集来的,现在它带着这些信息“走”上了生产线。而各个环节的生产设备,都将读懂它的需求,因此,由以设备为主对产品“发号施令”,变为以产品为主,告诉制造设备该对自己做些什么,设备上的射频感应器负责接收信息。

  这个很“聪明”的盒子底盘被放到生产线上了,设备的屏幕上显示该套上指定颜色的盖子了,还得再用锤子敲它一下。有趣的是,工作人员故意用完锤子后将锤子挂歪了,显示屏幕立刻就提示这是不对的。名片盒做好后,会有一个二维码,可以通过手机识别,最后生产线还会对产品进行检测。除了产品的零部件,生产设备本身也都有“身份证”,这可以使设备与设备之间相互阅读信息,有效配合。

  这些技术并非最新的,我们之前在一些汽车企业或相关的展会上都看到过应用,但那只是一个设备、一厂的应用。工业4.0希望将此大规模推广到工业界,这会面临着要设备与设备相连、工厂与工厂相连,上下游相连。这样,至少在一个生产系统内,所有企业标准都要统一,产品与设备的数据都要共享。因此,如何确保网络安全,是实现工业4.0的重要课题。此外,企业应用了更多的智能机器人之后,如何协调人如何与机器有效协作,也对组织架构、管理模式提出了变革的要求;为了能够使用智能机器,还需要有高素质的员工,未来电子、机械与信息技术的跨领域人才最为需要;企业也会有新的商业模式,比如利用大数据为其他同类企业或上下游企业进行服务。

 智能示范工厂车间里的智能生产设备(可惜不让拍照,没有实物图)

 

  这一切的首要问题,就是制订出包括人员、信息运用等方面的国际标准。显然,先定标准再做事是“德国范儿”的,而一旦标准确立,德国领跑了第四次工业革命,我们也就必须按照德国人划下的道道儿才能走路。目前,即便在德国,工业4.0也只是刚刚开始,尚处于研发阶段,也没有德国企业应用整套的智能设备。智能示范工厂所展示的是未来愿景,技术日新月异,未来的工业4.0到底是什么样,也无法预计,但智能互联互通地进行生产,是一定会实现的。

   软件商在工业4.0中的重要价值

  两大关键因素使工业4.0成为可能,其一是物联网,智能驱动器和传感器数量激增且普及,嵌入或附件在任何事物上面,并通过单一协议实现互联;移动互联计算,以更便捷、经济实惠的方式存储数据、传递信息。此外,推动工业4.0的因素还有社交媒体、机器对机器技术、大数据与预测分析技术。

  因此,工业4.0不止包括技术,还涉及指导方针、最佳实践、工作流、组织架构设计和社交工程等,工业应用软件就在其中扮演重要角色。

  作为世界第二大应用软件供应商,德国SAP公司显然要抓住源自德国的工业4.0机遇,开发出一套全面的工业4.0及物联网制造解决方案。在其总部,SAP公司负责汽车业务的全球总裁瑞纳·赛兹(Reiner Seiz)对记者说:“工业4.0要把数字化贯穿到产品生命周期的各个阶段,让生产方式变得更加有效、时间更短。汽车在德国非常重要,明年产量还会继续上升,车型不断增加,导致生产研发难度增加,面临全球化挑战,汽车行业是最适合实现工业4.0的载体。”他向我们展示了SAP开发的软件,是如何在汽车工业上运用来提高生产效率、降低成本的。

 

   SAP总部里的一套智能生产设备

 

  SAP与美国一家汽车制造商一起对生产和销售战略进行了重组、优化,解决方案从销售入手,到生产、物流直至交付,将生产周期从21天减到了6小时,生产成本降低了7%,利润率增加了19%。这个工厂,在全生产链使用SAP软件支持,比如生产过程中使用了传感器进行控制和感知,通过红外线扫描仪保证产品质量,建立数字模型,减低了错误率。在与一家梅赛德斯供应商的合作中,SAP优化了发动机检测方案,为测量新研制发动机的功率,在发动机上装有200个测试点,每个点每秒10次,共每秒有2000次测试,数据完全进入ERP系统,通过手机就可以对其进行控制。这项优化,将测试频率从过去的50分钟降低到了8分钟。这些数据信息的积累,也将催生新的商业模式,比如为工程师提供解决方案。

责任编辑:刘秀虹
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